JP2552906B2 - 断熱エンジン - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はディーゼルエンジンの燃焼室の主要部分にセ
ラミックス素材を用いた断熱エンジンに関する。

（従来の技術） 近年、ディーゼルエンジンのシリンダライナ、シリン
ダヘッド、ピストンヘッド、ピストンリング、バルブ、
吸・排気口などエンジンの燃焼室を中心とした部分にセ
ラミックスを採用した断熱エンジンが開発されている。

この種の断熱エンジンはシリンダライナやシリンダヘ
ッドなどの冷却を必要としないため、ラジエータ・シス
テムが不要となり、エンジンの構造が簡単になるばかり
か、燃料の燃焼熱を放熱しないので、熱エネルギーの損
失が少なく、熱効率の良好なエンジンが得られる。

一方、アルコールは内燃機関の燃料の一種として、古
くから知られている処であるが、このアルコールはガソ
リンの補助燃料として、ガソリンと混合して使用される
ようになってから急に重要視されるようになった。さら
に中南米において最近、ニートアルコールが内燃機関の
燃料として使用されている。

（発明が解決しようとする課題） アルコールはガソリンなど化石燃料と比して発熱量が
小さく、その気化熱もガソリンなど化石燃料に比し大き
い。そのうえ、金属に対する腐食性が大きいという欠点
がある。

上記セラミックス素材を用いた断熱エンジンは主要部
分に耐腐食性のあるセラミックス素材が使用されてお
り、この点でアルコール燃料の欠点を補えることにな
る。さらにアルコールは化石燃料に比べて燃焼温度を低
くできるので、ピストンヘッドやシリンダヘッドなどの
温度上昇を抑えることもできるため、アルコールは上記
セラミックス素材を用いた断熱エンジンに好適な燃料と
云える。

しかしながら、アルコールはガソリンなど化石燃料と
比べて発熱量が小さいため、化石燃料よりも多量の燃料
をエンジンに供給しなければ化石燃料と同程度の出力を
得ることができない。そしてアルコールの気化熱は化石
燃料の約2.5倍と大きいため、アルコールを副燃焼室に
噴射したときに大量の気化熱を副燃焼室壁面から奪うの
で、壁面温度が低下して次回の燃料噴射時にアルコール
が完全に気化せず、円滑な燃焼が行えないという欠点が
ある。

本発明は上述のように欠点を改善するためになされた
ものであり、その目的は副燃焼室を備えた断熱エンジン
において、アルコール燃料を副燃焼室へ噴射した際、完
全に気化させ円滑な燃焼を行わせようとする断熱エンジ
ンを提供するにある。

（課題を解決するための手段） 本発明によれば、副燃焼室内壁面に耐火性の断熱材を
用いた保温内壁を有する副燃焼室式ディーゼル型の断熱
エンジンにおいて、前記保温内壁の肉厚は供給燃料の最
大発熱量の５％相当量を蓄熱する厚み0.5〜2mmの内壁層
と前記内壁層の外側に、ジルコニアとチタン酸アルミニ
ウムのコンポジットの層を配設し前記内壁層は窒化珪素
のコーティング面とで形成され、窒化珪素のコーティン
グ面が副燃焼室内面に表出していることをすることを特
徴とする断熱エンジンが提供される。

（作用） 本発明では、断熱エンジンの副燃焼室壁面に、供給燃
料の最大発熱量の５％相当量を蓄熱する厚みを有する保
温内壁を設けたので、噴射されるアルコール燃料の気化
熱が保温内壁の蓄熱により賄え、燃料の気化気化が十分
に行われるとともに、副燃焼室の温度の異常な上昇が防
止され、さらに、燃焼室壁面が熱伝導率が小さく熱膨張
係数の大きいジルコニアと、熱膨張係数の小さいチタン
酸アルミニウムのコンボジットの層で形成し、その表面
を耐熱性に優れた窒化珪素のコーティング面とで形成し
たので、エンジンの副燃焼室のように高温、高圧となる
環境での長時間の使用に耐え得る、安定した構造を維持
できる作用がある。

（実施例） づきに本発明の実施例について図面を用いて詳細に説
明する。

図面は本発明の一実施例を示す断熱エンジンの主要部
分の断面図である。

同図において、１はシリンダ、２はピストンであり、
ピストン２のヘッドに凹部21が設けられ、シリンダ１の
ヘッドとピストン２との間には主燃焼室が形成されてい
る。なお、シリンダ１とピストン２とのそれぞれのヘッ
ド部はファインセラミックスからなる断熱材11,22がそ
れぞれ取付けられている。また、図示していないがシリ
ンダライナ、ピストンリング、バルブなどにも断熱材が
採用されており、アルコールが主燃料とする断熱式のデ
ィーゼルエンジンが構成されている。

３は主燃料室の上方に設けられた渦流室式の副室であ
り、断面が円形状又は、釣鐘状の副燃焼室31を有し、該
副燃焼室31に対して接線方向に設けられた流路32により
主燃焼室と接続されている。副室３は、金属で、線膨張
係数の小さい例えば、Ni.Cr分を含む鋳鉄で、チタン酸
アルミコンポジットの副燃焼室31を包むような形状で構
成されている。そして副燃焼室31の上方のノズル４から
噴射された燃料の一部を燃焼させ、その燃焼によって生
ずる燃焼ガスの圧力により、残りの燃料を燃焼渦流によ
って空気と混合させて可燃混合気を生ぜしめ、主燃焼室
に圧送して燃焼させるものである。

33は副燃焼室31の内面のコーティング面であり、耐火
性が大きく、強靭な窒化珪素の被覆が用いられて燃焼ガ
スの高温や圧力に耐え、34は断熱材であり、例えばジル
コニアとチタン酸アルミニウムのコンボジット材からな
り、ほぼ線膨張係数が窒化珪素と同等となるよう合成さ
れて副燃焼室31に断熱するもので、これらのコーティン
グ面33と断熱材34とにより副燃焼室31の保温内壁が構成
されている。33のコーティング面は、シリンダヘッド10
とは、断熱材34を介して接しており、熱的に独立してい
る。

そして副燃焼室31の保温内壁の肉厚は、例えば0.5〜2
mm程度に設定され、供給燃料の発生する最大発熱量の５
％に相当する熱量を保温内壁の蓄熱により保ち、この蓄
熱した熱量をエンジンに供給されるアルコール燃料の気
化熱にほぼ等しくなるようにして、エンジンの運転中に
は噴射された燃料噴霧が副燃焼室の保温内壁より気化熱
を奪うことにより、噴霧の気化が十分に行われるととも
に、副燃焼室の温度の異常な上昇が防止されるようあ成
されている。

このように構成された本実施例の断熱エンジンの作動
についてづきに説明する。

エンジンの圧縮工程の終り近くで、副室３に設けたノ
ズル４からアルコール燃料が噴射されると、ピストンに
よる空気の圧縮熱と断熱構造の副燃焼室31の保温内壁の
蓄熱により、アルコール燃料の一部が気化されるととも
に燃焼が開始される。そしてこの燃焼によって生じた圧
力により残りの燃料を燃焼渦流により空気と十分に混合
せしめ、流路32を介し主燃焼室に圧送して完全燃焼させ
て、燃焼ガス圧によりピストン２を圧下させてエンジン
を駆動する。

この間、アルコール燃料は気化潜熱が大きいため、ノ
ズル４から噴射されて気化するとき副燃焼室31から相当
量の熱量を奪うが、副燃焼室31の内面には所定肉厚の断
熱材による保温内壁が設けられて、気化潜熱とほぼ等し
い熱量が蓄熱されているためアルコール燃料の気化が完
全に行われるとともに、円滑な燃焼が行われることにな
る。

以下、本発明を上述の一実施例により説明したが、本
発明の主旨の範囲内で種々の変形や応用が可能であり、
これらを本発明の範囲から排除するものではない。

（発明の効果） 本発明によれば、断熱エンジンの副燃焼室壁面に、供
給燃料の最大発熱量の５％相当量を蓄熱する厚みを有す
る保温内壁を設けたので、噴射されるアルコール燃料の
気化熱が保温内壁の蓄熱により賄え、燃料の気化気化が
十分に行われるとともに、副燃焼室の温度の異常な上昇
が防止されるという効果を発揮でき、さらに、燃焼室壁
面を熱伝導率が小さく熱膨張係数の大きいジルコニア
と、熱膨張係数の小さいチタン酸アルミニウムのコンポ
ジットの層で形成し、その表面を耐熱性に優れた窒化珪
素のコーティング面とで形成したので、エンジンの副燃
焼室のように高温、高圧となる環境での長時間の使用に
耐え得る、安定した構造を維持できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示す断熱エンジンの主要部分
の断面図である。 １……シリンダ、２……ピストン、３……副室、31……
副燃焼室、33……コーティング面、34……断熱材。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】副燃焼室内壁面に耐火性の断熱材を用いた
   保温内壁を有する副燃焼室式ディーゼル型の断熱エンジ
   ンにおいて、前記保温内壁の肉厚は供給燃料の最大発熱
   量の５％相当量を蓄熱する厚み0.5〜2mmの内壁層と前記
   内壁層の外側に、ジルコニアとチタン酸アルミニウムの
   コンポジットの層を配設し前記内壁層は窒化珪素のコー
   ティング面とで形成され、窒化珪素のコーティング面が
   副燃焼室内面に表出していることをすることを特徴とす
   る断熱エンジン。